Planten en hun microben zuiveren de lucht

Dit jaar luidde de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) meermaals de alarmbel wat betreft de luchtvervuiling in de grootste steden ter wereld. De hoeveelheid schadelijke stoffen in de lucht is dermate hoog dat de WHO waarschuwt voor een "noodtoestand voor de volksgezondheid". Verder toont een pas verschenen onderzoek in het wetenschappelijk toptijdschrift Nature aan dat er tegenwoordig jaarlijks meer mensen sterven ten gevolge van luchtvervuiling dan door malaria en aids samen. Bovendien meldden de astronauten van het internationaal ruimtestation (ISS) onlangs nog dat de smog, die boven verschillende steden hing, duidelijk te zien was vanuit de ruimte. Deze feiten zijn slechts een greep uit velen die het wereldwijde probleem van luchtvervuiling illustreren; een probleem dat we als maatschappij moeten tegemoetkomen willen we de levenskwaliteit van mensen en andere organismen op onze planeet niet in het gedrang brengen.

Zou het daarom niet schitterend zijn als we het vermogen van planten om lucht te zuiveren drastisch kunnen doen toenemen? Tijdens het thesisonderzoek van biochemicus Vincent Stevens* werd nagegaan in welke mate micro-organismen (oftewel microben; denk bijvoorbeeld aan bacteriën en schimmels), samenlevend met planten, een rol spelen bij deze luchtzuivering. Verder werd onderzocht of deze kennis gebruikt kan worden om een plant-microbe systeem te ontwikkelen dat de luchtkwaliteit aanzienlijk verbetert. Het onderzoek werd uitgevoerd onder promotorschap van Jaco Vangronsveld (Centrum voor Milieukunde – Universiteit Hasselt), wereldautoriteit op gebied van fytoremediatie: de sanering van vervuilde omgevingen met behulp van planten en hun microben.

Kiezen voor planten

Veel planten hebben de natuurlijke eigenschap om schadelijke stoffen uit de lucht te filteren. Bovendien zijn planten alomtegenwoordig en vragen ze weinig tot geen onderhoud; ze worden dan ook gezien als uitstekende kandidaten om de luchtkwaliteit doeltreffend, goedkoop en op grote schaal te verbeteren. Er gebeurt tegenwoordig veel onderzoek om te achterhalen welke plantensoorten het meest geschikt zijn hiertoe en hoe deze luchtzuivering precies in zijn werk gaat. Tijdens zijn thesis concentreerde Vincent zich op dit tweede aspect: "Uit recente ontwikkelingen blijkt dat het aandeel van microben die samenleven met de planten bij het proces van luchtzuivering erg hoog is. Er is echter nog maar weinig geweten over welke microben hierbij belangrijk zijn en via welke mechanismen deze microbiële luchtzuivering gebeurt."

Verloren zonder microben

Hoewel de term "goede bacteriën" velen bekend in de oren zal klinken, worden bacteriën – of microben in het algemeen – veelal geassocieerd met het veroorzaken van ziekten bij hogere organismen. Toch zijn microben véél meer dan ziekteverwekkers! Zo is bijvoorbeeld de laatste jaren duidelijk geworden dat de microbiële gemeenschap van ons maag-darmstelsel cruciaal is voor ons algemeen welzijn. Bij planten zijn de microben die er mee samenleven net zo belangrijk. Recent nog werd aangetoond dat diverse microben leven op en in plantenbladeren, zoals te zien op bijgevoegde figuur. Op deze elektronenmicroscopische foto is te zien dat microben, hier hoofdzakelijk bacteriën, rijkelijk aanwezig zijn op het bladoppervlak van planten. Zouden deze bacteriën schadelijke stoffen in de lucht kunnen afbreken?

Het waren deze microben die de aandacht trokken van de jonge onderzoeker: "Microben zijn gekend voor hun enorme metabole versatiliteit. Als je lang genoeg zoekt, vind je meestal wel eentje die een bepaalde stof kan gebruiken als voedsel. De microbiële gemeenschap op en in de bladeren van planten zou wel eens uitstekende kandidaten kunnen omvatten om schadelijke stoffen in de lucht af te breken. Denk dan bijvoorbeeld aan gespecialiseerde bacteriën die uitlaatgassen als voedsel kunnen gebruiken en deze vervolgens verder omzetten naar onschadelijke stoffen zoals water en koolstofdioxide."

Bacteriën op bladeren die uitlaatgassen lusten

Vincent koos klimop als modelplant voor zijn onderzoek. Voor het eerst werd de microbiële gemeenschap van klimopbladeren onderzocht: welke microben zijn er te vinden en wat doen ze precies? Zijn er daadwerkelijk microben aanwezig die de eigenschap bezitten om schadelijke stoffen in de lucht af te breken? Om deze vragen te beantwoorden werden klimop-geassocieerde microbiële gemeenschappen van omgevingen met veel en weinig luchtvervuiling nauwkeurig vergeleken. Verder werd een selectie van microben getest op hun afbraakpotentieel van schadelijke stoffen gelinkt met luchtvervuiling. Zo werd onder meer aangetoond dat er op klimopbladeren afkomstig uit een omgeving met veel luchtvervuiling veel meer bacteriën te vinden zijn die dieseluitlaatgassen afbreken en deze als voedsel gebruiken. Dergelijke bacteriële eigenschappen hebben veel potentieel voor toepassingen binnen de fytoremediatie.

Geoptimaliseerd groen luchtzuiveringsstation

Planten kunnen aangerijkt worden met microben die in staat zijn om schadelijke stoffen zoals dieseluitlaatgassen af te breken. Op deze manier neemt het vermogen van planten om de lucht te ontdoen van schadelijke stoffen toe en kunnen plant-microbe systemen verwezenlijkt worden die de luchtkwaliteit drastisch verbeteren. Als dergelijke geoptimaliseerde "groene luchtzuiveringsstations" vervolgens strategisch geïmplementeerd worden bij het (her)ontwerp van stedelijke gebieden, kan zo'n relatief eenvoudige opzet mee bijdragen aan het tegemoetkomen van de wereldwijde problematiek van luchtvervuiling.

* Vincent studeerde in juni 2016 af als biochemicus aan de Universiteit Antwerpen met de grootste onderscheiding. Zijn werk werd onder meer bekroond door de Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging (KVCV). Hij zal zijn thesisonderzoek verder uitbouwen tijdens een doctoraat onder promotorschap van Jaco Vangronsveld, in samenwerking met onderzoeksgroepen uit de VS, Canada, Polen en België.